[发明专利]用于产生指示四肢的位置或位置变化的信号的传感器装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于产生电子信号的传感器装置，这些电子信号本身提供关于四肢、尤其是使用者的手相对于传感器装置的空间位置和/或移动的说明。然后这些电子信号可以被用于在数据处理电子设备、通信电子设备和其它电子设备中展开输入过程。本发明的传感器装置在这方面作为人/机接口工作。

在此，本发明在狭义范围内涉及一种用于在电容路径上无接触地采集姿势、尤其是手的姿势或手指姿势的姿势采集系统。在此，本发明尤其是涉及一种具有集成到电子设备中的简单集成可能性的姿势采集系统。在此，本发明的目标是，尤其是为了通信设备的控制目的以及在操作面板和座舱系统的范围内实现一种就其功能来说特别可靠的、相对高分辨率的姿势接口。

发明内容

在该关联中，本发明的任务是实现以下解决方案，即，通过这些解决方案能够以特别有利的方式产生能指示四肢的位置和/或移动的信号。

该任务根据本发明通过按照权利要求1的传感器装置来解决。

由此，通过有利的方式可以将为了产生发送电极场以及为了分析通过传感器电极采集的电压而提供的电子电路非常靠近电极地设置，而不会由此在传感器电极和该电子电路之间进行使测量信号出错的场耦合。

本发明的在使用典型的中心发送电极和至少3个围绕该中心发送电极分布设置的接收电极的情况下所形成的“三叶草”系统，提供了对于典型的手移动空间适用的以及由此对于很多应用都适用的在采集姿势信息时的作用范围以及精度。

通过按照本发明的概念，显著地减小了在测量电路的范围内对可能的电路部件接地故障的影响，以及还减小了待控制设备本身的电路之间的干扰。

电容式采集系统的作用范围基本上通过以下空间来确定：在该空间中存在为了检测目的而构建的、具有足够的(相对)强度的电场。通过按照本发明的概念，按照有利的方式减小了以下效应，即，与地耦合的物体在产生场的电极附近、也就是在该采集系统的场制备电极附近引起该电场强烈聚集在电极和该物体之间的空间中。因此，通过按照本发明的概念增大了可采集的范围。尤其是通过与测量电极的跨阻抗布线的使用相结合，明显减小了在此否则还会存在的虚拟地电势的影响。

在本发明的采集系统中所设置的电极组(“三叶草”)本身优选地仅用尽可能少的地连接来实施。必要时与地连接的引入导线优选地被屏蔽。测量电极优选高阻地连接到测量电路，以便不干扰场扩散。

根据本发明，所述测量系统被构成为，使得在该测量系统的范围内存在的与地连接的部件(尤其是自身的电子电路)的影响由发送电极以及围绕该发送电极分布的测量电极屏蔽，和/或使得场跨接被补偿。

优选地，第一、第二和第三接收电极装置分别被连接到阻抗变换器系统的高阻的输入端，其中，借助在各阻抗变换器的输出端上施加的电事件之间的差异来获得能指示位置或运动的信息。

可以从由接收电极所测取的电平中形成和信号，该和信号反映了施加在接收电极上的电压。该和信号可以用预定的放大因子来标准化，并且提供给相应的阻抗变换器系统的比较器输入端。

优选地设置同步检测器系统，该同步检测器系统本身提供能指示在相应的阻抗变换器系统上的输出信号的同步性的信号，尤其是能指示相对于激励电压的电压电平和/或相位的信号。借助施加在相应的同步检测器的输出端上的电事件之间的差异，获得能指示位置或移动的信息。

根据本发明的特别优选的实施方式，所述接收电极被围绕发送电极装置对称地设置。该发送电极优选地由发生器(微控制器)供以交流电压，并且在自身周围形成本身优选为准静态的电场。所述接收电极优选地被围绕该发送电极对称地设置。

施加在接收电极上的电压包含关于发送电极的场分布的信息。

所述接收电极被连接到阻抗变换器的高阻输入端，以便不干扰发送电极的电场。从根据阻抗变换器的各信号中形成平均值。该平均值可以被放大。从经过放大的信号中可以借助同步检测器获得幅度，并且进一步由ADC数字化并传送到微控制器中以用于分析。还可以代替同步检测器而使用二极管整流器或峰值检测器。

本发明的传感器装置尤其可以用于采集姿势、移动或手的位置。优选地，传感器电子电路的至少主要部件，包括测量电极，被构建为紧凑的类似芯片的形式。由此使得可以特别有利地应用该传感器技术。